CN206649142U - 一种可提高信噪比的阵列式磁敏传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种可提高信噪比的阵列式磁敏传感器，包括两个以上磁敏传感器芯片、与两个以上磁敏传感器芯片一一对应连接的前置放大电路，以及与前置放大电路顺序串联的一个有源加法器和一个低通滤波器。两个以上的磁敏传感器芯片相互并联。其整体结构设计简单，性能优异，串、并联方式构成的阵列式磁敏传感器可从不同方向收集所需的信号源，有效提高了传感器的灵敏度，处理后的探测信号灵敏度高、频带宽、稳定性好，非常适合对弱磁场信息进行高精度测量使用。

Description

一种可提高信噪比的阵列式磁敏传感器

技术领域

本实用新型涉及一种传感器，特别涉及一种可提高信噪比的阵列式磁敏传感器，属于电子技术领域。

背景技术

磁阻传感器是利用磁电阻效应制成的一种传感器，可直接应用于磁场测量，其发展主要经历了四代：霍尔效应（Hall）、各向异性磁电阻（AMR）、巨磁电阻（GMR）、隧道磁电阻（TMR）。其中，以霍尔元件为敏感元件的磁传感器使用聚磁环结构来放大磁场，提高霍尔输出的灵敏度，但同时增加了传感器的体积和重量，具有功耗大，线性度差等缺陷。AMR元件虽然其灵敏度比霍尔元件高很多，但是其线性范围窄，同时，以AMR为敏感元件的磁传感器需要设置Set/Reset线圈对其进行预设/复位操作，造成其制造工艺复杂，线圈结构的设置在增加尺寸的同时也增加了功耗。以GMR元件为敏感元件的磁传感器较之霍尔电流传感器有更高的灵敏度，但其线性范围偏低。TMR元件利用磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应，比之前所发现并实际应用的AMR元件和GMR元件具有更大的电阻变化率。TMR相对于霍尔元件具有更好的温度稳定性，更高的灵敏度，更低的功耗，更好的线性度，不需要额外的聚磁环结构；相对于AMR元件具有更好的温度稳定性，更高的灵敏度，更宽的线性范围，不需要额外的set/reset线圈结构；相对于GMR元件具有更好的温度稳定性，更高的灵敏度，更低的功耗，更宽的线性范围。

近年来，基于隧道磁电阻和推挽式惠斯通全桥结构设计制成的磁敏传感器芯片被广泛应用，如何利用此芯片制成高信噪比的磁敏传感器就成为本实用新型想要解决的问题。

发明内容

鉴于上述情况，本实用新型旨在提供一种信噪比高，模拟信号处理过程可靠，处理后探测信号灵敏度高、频带宽、稳定性好的阵列式磁敏传感器，以满足对弱磁场信息的测量需要。

阵列信号处理是通过将多个传感器设置在空间的不同位置来组成传感器阵列，通过对多通道接收机输出的数据进行处理，利用各个信号在空间位置上的差异，最大程度增强所需要的信号，抑制干扰和噪声，最终达到提取与空间各个信号源特征相对应的信息的目的。

为了得到优异的测量性能，本实用新型使用了矩阵排列的隧道结磁电阻芯片作为探测主体，该芯片采用了独特的推挽式惠斯通全桥结构设计，包含四个高灵敏度TMR传感器元件，构成的惠斯通全桥提供差分电压输出，以形成良好的温度稳定性，同时，采用并联相结合的方式构建磁敏传感器阵列，通过模拟信号调理电路形成高精度磁测信号，从而提高整体传感器的输出信噪比。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

一种可提高信噪比的阵列式磁敏传感器，包括两个以上基于隧道磁电阻和推挽式惠斯通全桥结构设计制成的磁敏传感器芯片、与两个以上磁敏传感器芯片一一对应连接的前置放大电路，以及与前置放大电路顺序串联的一个有源加法器和一个低通滤波器。两个以上的磁敏传感器芯片相互并联。

所述前置放大电路包括低噪声仪表差分放大器IC和电阻R构成的增益调整电路，以及在IC电压调整端接入的电位器及正负极电源构成的电位悬浮电桥。

本实用新型所述的一种可提高信噪比的阵列式磁敏传感器的有益效果包括：

1、磁敏传感器芯片可提供差分电压输出，具有良好的温度稳定性，通过并联方式构成阵列式磁敏传感器，从不同方向收集所需的信号源，有效提高了传感器的灵敏度；

2、通过前置放大电路进行微弱信号进行初级放大，同时，通过电位悬浮电桥消除前置运放静态输出偏置电压的影响，然后，通过有源加法器将前置运算放大电路的输出信号进行不失真汇聚，最后，通过低通滤波器对汇集信号进行低频滤波，从而形成了高精度、高信噪比的磁测信号，大大提高了信号处理的可靠性和稳定性；

3、整个结构简单，性能优异，处理后的探测信号灵敏度高、频带宽、稳定性好，可根据需要进行多个磁敏传感器芯片的任意组合，扩展性好，非常适合对弱磁场信息进行高精度测量。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1对本实用新型做进一步的描述：

本实用新型所述的一种可提高信噪比的阵列式磁敏传感器，包括三个基于隧道磁电阻和推挽式惠斯通全桥结构设计制成的磁敏传感器芯片1、与三个磁敏传感器芯片1一一对应连接的三个前置放大电路2，以及与前置放大电路2顺序串联的一个有源加法器3和一个低通滤波器4。

磁敏传感器芯片1采用隧道磁电阻技术和推挽式惠斯通全桥结构设计制成，可形成具有良好温度稳定性的差分电压输出，该芯片相较其他磁阻芯片具有超高灵敏度、极地的本底噪声、超低功耗、低磁滞和优越的温度稳定性。本例中，三个磁敏传感器芯片1相互并联，以提高传感器灵敏度。使用时，三个磁敏传感器芯片1的轴向与感应外磁场的轴向重合，若外磁场发生变化则会引起磁敏传感器芯片1内部惠斯通桥不平衡，从而导致输出电压变化。

前置放大电路2包括低噪声仪表差分放大器IC和电阻R构成的增益调整电路，以及在IC电压调整端接入的电位器及正负极电源构成的电位悬浮电桥。其中，增益调整电路的增益倍数为G1，可对磁敏传感器芯片1输出的差分电压信号进行初级放大，同时，利用电位悬浮电桥可消除前置运放静态输出偏置电压的影响。

三个前置放大电路2的电压输出端与一个有源加法器3的输入端相串联，有源加法器3采用反相输入求和的方式，通过电流相加的方法实现电压相加，同时，利用电阻的匹配使其对输入信号进行二级放大，其增益倍数为G2。

本例中，低通滤波器4为有源二阶低通滤波器，其对有源加法器3输出带有干扰的电压信号进行干扰信息滤除，以期获得更高信噪比的输出信号。

整个结构，通过三个相互并联的磁敏传感器芯片1对弱磁场信息进行探测，以提高探测的灵敏度，同时，通过模拟信号调整电路中的前置放大电路2、有源加法器3和低通滤波器4的信号处理形成高精度磁测信号，从而提高了整个传感器的输出信噪比，保证了探测质量。

Claims (2)

1.一种可提高信噪比的阵列式磁敏传感器，其特征在于，包括两个以上基于隧道磁电阻和推挽式惠斯通全桥结构设计制成的磁敏传感器芯片、与两个以上磁敏传感器芯片一一对应连接的前置放大电路，以及与前置放大电路顺序串联的一个有源加法器和一个低通滤波器；所述两个以上的磁敏传感器芯片相互并联。

2.根据权利要求1所述的一种可提高信噪比的阵列式磁敏传感器，其特征在于，所述前置放大电路包括低噪声仪表差分放大器IC和电阻R构成的增益调整电路，以及在IC电压调整端接入的电位器及正负极电源构成的电位悬浮电桥。